See on aasta 2027 ja NASA kosmoseuuringute visioon edeneb õigel ajal. Kuid reisi poolel puhkes hiiglaslik päikesepõleng, mis tekitas surmava kiirguse otse kosmoselaeva juures. Kuna endine astronaut Jeffrey Hoffman ja MIT-i kolleegid tegid 2004. aastal teadusuuringuid, on sellel sõidukil nüüdisaegne ülijuhtiv magnetiline varjestussüsteem, mis kaitseb sõitjaid inimese surmava päikesekiirguse eest.
Hiljuti on hakatud uurima ülijuhtivate magnetiliste tehnoloogiate kasutamist, et kaitsta astronaute kiirguse eest pikaajaliste kosmoselendude ajal, näiteks NASA praeguses kosmoseuuringute visioonis kavandatud planeetidevahelised lennud Marsile.
Selle kontseptsiooni uurija on endine astronaut dr Jeffrey Hoffman, kes on nüüd Massachusettsi tehnoloogiainstituudi (MIT) professor.
Hoffmani kontseptsioon on üks 12 ettepanekust, mida hakati eelmisel kuul rahastama NASA täiustatud kontseptsioonide instituudilt (NIAC). Kumbki saab kuuekuulise uurimistöö eest 75 000 dollarit, et teha esmased uuringud ja tuvastada väljakutsed selle arendamisel. Projektid, mis selle etapi läbi teevad, on abikõlblikud kahe aasta jooksul koguni 400 000 dollarit.
Magnetilise varjestuse kontseptsioon pole uus. Nagu Hoffman ütleb: "Maa on seda teinud miljardeid aastaid!"
Maa magnetväli suunab ümber kosmilised kiired ja täiendav kaitsemõõt tuleb meie atmosfäärist, mis neelab kõik magnetvälja läbiva kosmilise kiirguse. Kosmoselaevade jaoks magnetilise varjestuse kasutamist soovitati esmakordselt 1960ndate lõpus ja 70ndate alguses, kuid seda ei hakatud aktiivselt tegema, kui pikaajalise kosmoselennu plaanid jäid kõrvale.
Kuid ülijuhtivate magnetide loomise tehnoloogia, mis võib tekitada kosmosekiirguse eest kosmoselaevade kaitsmiseks tugevaid välju, on välja töötatud alles hiljuti. Ülijuhtivad magnetsüsteemid on soovitavad, kuna need võivad tekitada intensiivseid magnetvälju, mille elektrienergia sisend on väike või puudub, ning korraliku temperatuuri korral suudavad nad pikema aja jooksul säilitada stabiilse magnetvälja. Üks väljakutse on aga sellise süsteemi väljatöötamine, mis suudab luua piisavalt suure magnetvälja, et kaitsta bussisuurust, elamiskõlblikku kosmoselaeva. Teine väljakutse on süsteemi hoidmine absoluutse nulli lähedal (0 kelvinit, -273 ° C, -460 F), mis annab materjalidele ülijuhtivuse. Hiljutised edusammud ülijuhtivustehnoloogias ja materjalides on andnud ülijuhtivuse omadused kõrgemal kui 120 K (-153 ° C, -243 F).
Inimeste pikaajalise kosmoselennu korral tuleb tegeleda kahte tüüpi kiirgusega, ütles IL-i Chicago lähedal asuva osakeste kiirendi Fermilabis kiirgusohutuse alal töötav insener-füüsik William S. Higgins. Esimesed on päikesekiirguse prootonid, mis pärast päikesekiirgussündmuse toimumist purunevad. Teised on galaktilised kosmilised kiired, mis, ehkki mitte nii surmavad kui päikesekiirgused, oleksid need pidev taustkiirgus, millele meeskond kokku puutub. Varjestamata kosmoseaparaadis põhjustavad mõlemat tüüpi kiirgus meeskonnale olulised terviseprobleemid või surma.
Kiirguse vältimiseks on lihtsaim viis selle absorbeerimine, näiteks pliipõlle kandmine, kui saate hambaarsti juures röntgenpildi. Probleem on selles, et seda tüüpi varjestus võib sageli olla väga raske ja mass on meie praeguste kosmoseaparaatidega tipptasemel, kuna need tuleb Maa pinnalt käivitada. Samuti võib Hoffmani sõnul muuta natuke varjestust veelgi tõsisemaks, sest kosmilised kiired interakteeruvad varjestusega ja võivad tekitada sekundaarselt laetud osakesi, suurendades üldist kiirgusdoosi.
Hoffman näeb ette hübriidsüsteemi kasutamist, mis rakendab nii magnetvälja kui ka passiivset neeldumist. "Maa teeb seda just nii," selgitas Hoffman, "ja pole mingit põhjust, miks me ei peaks seda kosmoses tegema."
Selle uurimistöö teise etapi üks olulisemaid järeldusi on teha kindlaks, kas ülijuhtivate magnetiliste tehnoloogiate kasutamine on massitõhus. "Ma ei kahtle, et kui ehitame selle piisavalt suureks ja tugevaks, pakub see kaitset," sõnas Hoffman. "Aga kui selle juhtiva magneti süsteemi mass on suurem kui passiivse (absorbeeriva) varjestuse saamiseks kasutatav mass, siis miks minna kogu selle häda alla?"
Kuid see on väljakutse ja selle uuringu põhjus. "See on uurimistöö," ütles Hoffman. „Ma ei ole ühel või teisel viisil partisan; Tahan lihtsalt teada saada, mis on parim viis. ”
Eeldusel, et Hoffman ja tema meeskond suudavad näidata, et ülijuhtiv magnetiline varjestus on massiefektiivne, oleks järgmine samm lisaks küllalt suure ülijuhtivusega magnetide hooldamise peenhäälestamisele ka piisavalt suure (ehkki kerge) süsteemi loomise tegelik planeerimine. temperatuurid ruumis. Viimane samm oleks sellise süsteemi integreerimine Marsi-aegse kosmoselaevaga. Ükski neist ülesannetest pole tühine.
Selle süsteemi magnetvälja tugevuse ja absoluutses nulltemperatuuri säilitamise uuringud kosmoses toimuvad juba eksperimendi käigus, mis plaanitakse käivitada rahvusvahelisse kosmosejaama kolmeks aastaks. Jaama välisküljele kinnitatakse alfa-magnetiline spektromeeter (AMS), mis otsib eri tüüpi kosmilisi kiirte. Osakese impulsi ja selle laengu märgi mõõtmiseks kasutatakse ülijuhtivat magnetit. Ka MIT-i füüsikaprofessor Peter Fisher töötab AMS-i eksperimendi alal ja teeb Hoffmaniga koostööd ülijuhtivate magnetite uurimisel. Hoffmaniga teevad koostööd ka kraadiõppur ja teadlane.
NIAC loodi 1998. aastal, et taotleda kosmoseagentuurist väljaspool asuvatelt inimestelt ja organisatsioonidelt revolutsioonilisi ideid, mis võiksid NASA missioone edendada. Võidukontseptsioonid valitakse seetõttu, et need "tõukavad teada oleva teaduse ja tehnoloogia piire" ja "näitavad NASA sõnul olulisust NASA missioonile". Eeldatakse, et nende kontseptsioonide väljatöötamiseks kulub vähemalt kümmekond aastat.
Hoffman lendas kosmoses viis korda ja temast sai esimene astronaut, kes logis kosmosesüstikul üle 1000 tunni. Oma neljandal kosmoselennul osales Hoffman 1993. aastal esimesel Hubble'i kosmoseteleskoobi teenistusmissioonil - ambitsioonikal ja ajaloolisel missioonil, mis parandas teleskoobi esmases peeglis sfäärilise aberratsiooni probleemi. Hoffman lahkus astronaudiprogrammist 1997. aastal, et saada NASA Euroopa esindajaks USA saatkonnas Pariisis, ja läks siis 2001. aastal MIT-i.
Hoffman teab, et kosmosemissiooni võimaldamiseks on sellele eelnenud palju ideede väljatöötamist ja tugevat tehnikat. "Kui tegemist on kosmose asjadega, kui olete astronaut, siis lähete ja teete seda oma kätega," ütles Hoffman. "Kuid te ei lenda kosmoses igavesti ja tahaksin ikkagi oma panuse anda."
Kas ta peab oma praegust uurimistööd sama oluliseks kui Hubble'i kosmoseteleskoobi kinnitamist?
"Noh, mitte otseses mõttes," ütles ta. "Kuid teisest küljest, kui me peaksime kunagi leidma inimese olemasolu kogu Päikesesüsteemis, peame saama elada ja töötada piirkondades, kus laetud osakeste keskkond on üsna raske. Kui me ei leia viisi, kuidas end selle eest kaitsta, on see inimese uurimise tuleviku jaoks väga piirav tegur. "
